یک خازن ظرفیت خازنی مشخصی دارد. اگر ظرفیت خازنی مورد نیاز در دسترس نباشد، میتوان دو یا چند خازن را برای دستیابی به ظرفیت خازنی مورد نیاز به هم متصل کرد. برای اتصال صحیح خازنها، درک کاملی از مدارهای خازنی ضروری است.
قبل از مطالعه مدارهای خازنی، ابتدا نمادها را درک کنید.
دو خط عمودی در نماد خازن، دو رسانا را در یک خازن با صفحات موازی نشان میدهند. در نماد باتری، خط عمودی بلندتر، پتانسیل بالا (+) و خط عمودی کوتاهتر، پتانسیل پایین (-) را نشان میدهد. خطوط افقی در هر دو نماد خازن و باتری، سیمها را نشان میدهند.
مدار سری
دو خازن که مطابق شکل سمت چپ به هم متصل شدهاند، خازنهای سری نامیده میشوند. تصویر سمت راست یک خازن جایگزین با ظرفیتی برابر با دو خازن متصل به صورت سری را نشان میدهد.
در ابتدا، هر دو خازن بدون بار هستند. پس از اتصال به باتری، صفحه بالایی خازن C1 که به قطب مثبت باتری متصل است، به دلیل خروج الکترونها از آن و صفحه پایینی خازن C، بار مثبت پیدا میکند.2 خازن متصل به ترمینال منفی باتری به دلیل الکترونهایی که دریافت میکند، بار منفی پیدا میکند. الکترونهای دارای بار منفی حرکت میکنند زیرا به ترمینال مثبت باتری که بار مثبت دارد جذب میشوند. سپس این الکترونها توسط ترمینال منفی باتری که بار منفی دارد به سمت صفحه پایینی خازن C دفع میشوند.2صفحه بالایی خازن C1 صفحه با بار مثبت، الکترونها را از صفحه بالایی خازن C جذب میکند.2 به طوری که الکترونها به سمت صفحه پایینی خازن C حرکت میکنند.1در نتیجه، صفحه پایینی خازن C1 بار منفی پیدا میکند و صفحه بالایی خازن C2 بار مثبت پیدا کنند.
بار منفی که از صفحه بالایی خازن C خارج میشود1 همان مقدار بار منفی که وارد صفحه پایینی خازن C میشود2 و صفحه بالایی خازن C1 بار مثبتی میگیرد که اندازه آن با بار منفی که از آن خارج میشود برابر است. به همین ترتیب، بار منفی روی صفحه پایینی خازن C1 همان بار مثبت روی صفحه بالایی خازن C است2بنابراین هر صفحه هادی مقدار بار یکسانی دارد اما علامت آن متفاوت است، که در آن صفحه بالایی خازن C1 +Q شارژ شده، صفحه پایینی خازن C1 صفحه بالایی خازن C که با -Q شارژ شده است2 +Q شارژ شده و صفحه پایینی خازن C2 شارژ شده -Q. در یک مدار سری، مقدار بار الکتریکی روی خازن C1 (Q1) = مقدار بار الکتریکی روی خازن C2 (Q2) = سوال.
در مورد پتانسیل الکتریکی چطور؟ در یک مدار سری، پتانسیل الکتریکی روی خازن جایگزین با پتانسیل الکتریکی روی هر خازن برابر است، V = V1 +V2. پتانسیل الکتریکی روی خازن C1 V است1 = پرسش/پاسخ1پتانسیل الکتریکی روی خازن C2 V است2 = پرسش/پاسخ2 و پتانسیل الکتریکی روی خازن جایگزین V = Q/C است.
وی = وی1 +V2
پرسش/پاسخ = پرسش/پاسخ1 + پرسش و پاسخ2
Q/C = Q (1/C1 + ۱/سی2)
۱/سی = ۱/سی1 + ۱/سی2
اگر سه خازن به صورت سری به هم متصل باشند، فرمول بالا به صورت زیر تغییر میکند:
۱/سی = ۱/سی1 + ۱/سی2 + ۱/سی3
اگر چهار خازن وجود دارد، 1/C را اضافه کنید4به همین ترتیب، اگر پنج خازن وجود داشته باشد و غیره. این فرمول برای تعیین ظرفیت خازن جایگزین برای خازنهای متصل به صورت سری است.
فرض کنید C1 ۲ و C است2 ۱ باشد، آنگاه ظرفیت خازن جایگزین برابر است با:
۱/سی = ۱/سی1 + ۱/سی2 = ۱/۱۲ + ۱/۶ = ۱/۱۲ + ۲/۱۲ = ۳/۱۲
ج/۱ = ج = ۲/۳
بر اساس این محاسبه، نتیجه گرفته میشود که ظرفیت خازن جایگزین، کوچکتر از ظرفیت هر خازن متصل به صورت سری است.
مدار موازی
دو خازن که مطابق شکل سمت چپ به هم متصل شدهاند، خازنهای موازی نامیده میشوند. تصویر سمت راست یک خازن معادل با ظرفیتی برابر با دو خازن موازی متصل شده را نشان میدهد.
صفحه بالایی خازن C1 روز ج2 به قطب مثبت باتری متصل شده است تا این دو صفحه پتانسیل الکتریکی بالایی داشته باشند. در همین حال، صفحه پایینی خازن C1 روز ج2 به قطب منفی باتری متصل شدهاند، به طوری که این دو صفحه نیز پتانسیل الکتریکی پایینی دارند. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که هر خازن متصل به صورت موازی، اختلاف پتانسیلی برابر با اختلاف پتانسیل باتری (V) دارد.1 = V2 = V).
وقتی دو خازن موازی به یک باتری متصل میشوند، قطب مثبت باتری الکترونها را به صفحه بالایی جذب میکند در حالی که قطب منفی باتری الکترونها را به صفحه پایینی دفع میکند و باعث میشود الکترونها از صفحه بالایی به صفحه پایینی حرکت کنند. دو صفحه بالایی الکترون از دست میدهند و بار مثبت پیدا میکنند و دو صفحه پایینی الکترون میگیرند و بار منفی پیدا میکنند. انتقال الکترون زمانی متوقف میشود که اختلاف پتانسیل بین دو صفحه رسانا برابر با اختلاف پتانسیل باتری شود.
صفحه بالایی خازن C1 و صفحه پایینی خازن C1 بار الکتریکی یکسانی دارند اما علامتهایشان مخالف است. به همین ترتیب صفحه بالایی خازن C2 و صفحه پایینی خازن C2 بار الکتریکی با همان بزرگی اما با علامتهای مخالف را ذخیره میکند. اگر بار الکتریکی ذخیره شده در خازن C1 Q است1 و بار الکتریکی ذخیره شده در خازن C2 Q است2 سپس مقدار بار الکتریکی ذخیره شده در دو خازن متصل به صورت موازی برابر است با Q = Q1 + س2بنابراین کل بار الکتریکی روی خازنهای موازی متصل، برابر با مجموع بارهای روی هر خازن است.
مقدار بار الکتریکی روی هر خازن متصل به صورت موازی با استفاده از معادله Q محاسبه میشود.1 = C1 ΔV و Q2 = C2 ΔV در حالی که بزرگی بار الکتریکی روی خازن جایگزین با استفاده از معادله Q = C ΔV محاسبه میشود، که در آن Q بار الکتریکی، C ظرفیت خازنی و ΔV اختلاف پتانسیل الکتریکی است. معادله Q = Q1 + س2 با جایگزینی Q فرمولبندی مجدد میشود:
کیو = کیو1 + س2
C₂ΔV = C₂1 ΔV + C2 ΔV
C ΔV = ΔV (C1 + سی2)
سی = سی1 + سی2
اختلاف پتانسیل ΔV یکسان است و بنابراین از معادله حذف میشود.
اگر سه خازن به صورت موازی به هم متصل شده باشند، فرمول بالا به صورت زیر تغییر میکند:
سی = سی1 + سی2 + سی3
اگر چهار خازن وجود داشته باشد، C اضافه میشود.4به همین ترتیب، اگر پنج خازن وجود داشته باشد و غیره. این فرمول برای تعیین ظرفیت خازن جایگزین برای خازنهای متصل به صورت موازی است.
فرض کنید C1 ۲ و C است2 ۱ باشد، آنگاه ظرفیت خازن جایگزین برابر است با:
سی = سی1 + سی2 = 2 + 1 = 3
بر اساس این محاسبه، نتیجه گرفته میشود که ظرفیت خازن جایگزین از ظرفیت هر خازن متصل به صورت موازی بیشتر است.